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关晓丹电子产品制造性设计方案.docx

1、关晓丹电子产品制造性设计方案毕业设计报告(论文)报告(论文)题目: SMT工艺与设备作者所在系部: 电子工程系 作者所在专业: 电子工艺与管理 作者所在班级: 10252 作 者 姓 名 : 李雪丹 作 者 学 号 : 20103025220 指导教师姓名: 关晓丹 完 成 时 间 : 2013年6月10日 北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院电子工程系毕业设计(论文)任务书姓 名:李雪丹专 业:电子工艺与管理班 级:10252学号:20103025220指导教师:关晓丹职 称:讲师完成时间:2013年6月10日毕业设计(论文)题目: SMT工艺与设备设计目标:电子产品造型设计、整机结构设

2、计、印制电路板组件设计制造技术、微电子工艺、电子设备加工和调试技术等,有力地保证了生产地系统性和实用性.技术要求:防静电技术、环境控制、加工和调试、设计及生产所需仪器设备: (1)焊接设备(2)设备生产(3)形成工艺文件标准(4)电子电装元件 (5)调试检验维护电子仪器成果验收形式:毕业论文 参考文献:表面组装技术、 电子产品与工艺、电子设备结构与工艺 、 电子产品工艺实训、电子技能与训练、电子产品结构工艺、电子产品工艺、电子技能训练、电子技术基础技能实训、电子工艺及电子工程设计、电子设备装联工艺基础、现代电子设备制造手册.时间安排15周-6周立题论证39周-13周资料收集27周-8周方案设计

3、414周-16周成果验收指导教师: 教研室主任: 系主任:摘 要随着电子技术地发展,电子产品正广泛应用于人类生活地各个领域.电子产品地生产与发展是与电子技术地发展密切相关地.新材料地使用新器件地出现,尤其是大规模超大规模集成电路地出现和推广应用,以及工艺手段地不断革新,使电子产品在电路上和结构上都产生了巨大地飞跃.为现在生产提供了指导、准则和大量地数据及图示,以现代电子设备可靠性设计、制造技术为主题,首先介绍了电子设备内部和外部环境防护设计地基本原理及相关技术,如电子设备热设计、防腐蚀设计、隔振缓冲设计、电磁兼容设计和整机结构设计等,并以信息设备和电力设备为例,进行详细阐述;然后以现代先进地电

4、子设备制造技术,尤其是印制电路板设计制造、微电子工艺、设备组装和调试等工艺设计技术要求及生产.关键词 电子设备地生产 电子产品地制造 工艺标准 设计技术要求电子产品地制造性设计第1章 绪论当前,人们把利用电子学原理制成地设备、装置、仪器、仪表等统称为电子设备.例如,通信设备、电视机、电子计算机、电子测量仪器等,正广泛应用于人类生活地各个领域. 电子产品地设计制造技术与电子技术地发展密切相关.新材料地使用、新器件地出现,尤其是大规模和超大规模集成电路地推广应用,以及微电子工艺地不断革新,使电子设备在电路上和结构上都产生了巨大地飞跃电子产品由于产生、变换、传输和接收地电磁信号地不同,一般分为模拟设

5、备和数字设备.预研究工作地任务是在产品设计前突破复杂地关键技术课题,为确定设计任务书、选择最佳设计方案创造条件;或根据电子技术发展地新趋向,寻求把近代科学技术地成果应用于产品设计地途径,有计划地研究新结构、新工艺和新理论,以及采用新材料和新器件等先行性技术课题,为不断在产品设计中采用新技术,创造出更高水平地新产品奠定基础.该阶段地工作,一般按拟定研究方案和实验研究两道程序进行.设计性试制阶段 凡自行设计或测绘试制地产品,一般都要经过设计性试制阶段.其任务是根据批准地设计任务书,进行产品设计,编制产品设计文件和必要地工艺文件,制造样机,并通过对样机全面实验,检查鉴定产品地性能,从而肯定产品设计与

6、关键工艺.一般工作程序如下所述.本论文将介绍电子产品地设计及生产工艺,电子设备地生产 、电子产品地制造 工艺标准及设计技术要求.第2章 SMT工艺2.1 SMT工艺SMT是表面组装技术(表面贴装技术)(Surface Mounted Technology地缩写),是目前电子组装行业里最流行地一种技术和工艺.SMT 主要内容及基本工艺构成要素锡膏印刷- 零件贴装- 回流焊接- AOI 光学检测- 维修- 分板锡膏印刷其作用是将锡膏漏印到PCB地焊盘上,为元器件地焊接做准备.所用设备为印刷机 SMT加工车间(锡膏印刷机),位于SMT生产线地最前端.零件贴装其作用是将表面组装元器件准确安装到PCB地

7、固定位置上.所用设备为贴片机,位于SMT生产线中印刷机地后面,一般为高速机和泛用机按照生产需求搭配使用.回流焊接其作用是将焊膏融化,使表面组装元器件与PCB板牢固焊接在一起.所用设备为回流焊炉,位于SMT生产线中贴片机地后面,对于温度要求相当严格,需要实时进行温度量测,所量测地温度以profile地形式体现.AOI光学检测其作用是对焊接好地PCB板进行焊接质量地检测.所使用到地设备为自动光学检测机(AOI),位置根据检测地需要,可以配置在生产线合适地地方.有些在回流焊接前,有地在回流焊接后维修其作用是对检测出现故障地PCB板进行返修.所用工具为烙铁、返修工作站等.配置在AOI光学检测后分板其作

8、用对多连板PCBA进行切分,使之分开成单独个体,一般采用V-cut与 机器切割方式2.2 环境对电子设备地要求1气温环境概述 (1)影响作业环境中热环境地基本因素主要包括:有气温,相对湿度,风速,热辐射,服装隔热值;活动产热值等.人为了保持恒定地体温,人体通过热交换,使体内产生地热量及从外界所得地热量总和,与人体向外界散热地热量总和,大致保持平衡.影响热交换地4个主要地环境因素:入体周围地空气温度、空气湿度、空气流动(风)和辐射温度(人体周围一定区域内地墙体、天花板和其他物体表面地温度). (2)有效温度有效温度是考虑了温度、湿度、风3方面因素地一个综合性指标.在任何微气候环境条件下,若人体地

9、温度感觉与风速小于或等于0.1m/s(自然对流)、相对湿度为100010条件下地某温度值引起地感觉相同,这个温度值就是有效温度值. (3)有效温度地组成同一有效温度值可由不同地气温值、相对湿度值和风速值组合产生.例如,在下述3种微气候条件中,人们产生了相同地温度感觉(有效温度相同),都是17.7.ET.三者关系:气温17.7,相对湿度100u/o,风速0.1m/s;气温22.4,相对湿度70%,风速0.5 m/s。气温25,相对湿度20%,风速2.5m/s.通常可根据温度(摄氏温度或华氏温度)、湿度(相对湿度)和风速3个因素,从有效温度图(也称温湿图)中直接查得有效温度值.2气温环境地生理效应

10、和对作业地影响 (1)高温地生理效应1)人在高温环境下工作,新陈代谢速度加快,人地产热量增加,散热落后于产热过程,体内积蓄过量地热,导致体温升高,呼吸和心率加快.若长时间处于这神状况,将出现失水,失盐、头晕、恶心、极度疲乏等症状.严重时,甚至会昏厥(中暑)以致死亡. 2)在高温情况下,出汗蒸发是人体散发热量地主要途径,在安静状态下,相对湿度为22%、气温达30或相对湿度为60%、气温达2526时,人体开始知觉出汗.相对湿度增加,人体因散热困难,而增加出汗;劳动强度增大,机体地代谢产热量增大,会增加出汗.3)人们在热环境下工作,周围温度对心血管应力地总影响,可用工作能力来描述.在温度24-40,

11、周围温度每提高10,增加地生理学应力相当于最大工作能力1%.4)人虽能暂时忍受在不舒适热环境中工作,但会产生不希望地生理反应和降低生产能力,在热舒适情况下推荐地最大工作负荷.(2)高温对作业地影响1)在高温环境下,操作者知觉地速度和准确度以及反应能力均有不同程度地下降.注意力不集中、烦躁不安、易于激动、对工作满意感大为降低.2)高温对操作效率地影响.温度达2732时,肌肉用力地工作效率下降;温度高达32以上时,需要注意力集中地工作以及精密工作地效率也开始下降.3)高温带来潜在地不安全性.用汗湿手抓握物体或控制器比较困难,增加了工具失控或负荷失控地可能;在热和潮湿环境中工作,形成潮湿地地板或工作

12、物表面,增加了潜在地滑倒危险;汗侵入眼睛,引起眼睛疼痛并干扰目视作业,会导致监控失误;降低皮肤地阻抗,会增加人们遭受电击地冲击.(3)低温地生理效应1)在低温条件下,皮肤毛细血管收缩,使人体散热量减少,通过肌肉收缩(表现为肌肉紧张、颤抖),使人体产热量增加,当产热量小于散热量时,机体体温下降,当体温降到35以下,机体就会出现各种不同地功能紊乱现象,甚至死亡.2)环境温度过低成在寒冷环境下暴露时间过长,都会发生冻痛、冻伤和冻僵现象.冻痛往往是冻伤地先兆,冻痛后若持续低温暴露则会继发冻伤、冻僵.3)最常见地是局部过冷,如手、足、耳及面颊等外露部分发生冻伤,严重时可导致肢体坏疽.此外,长期在低温、高

13、湿条件下劳动,易引起肌痛、肌炎、神经痛、神经炎、腰痛和风湿性疾患等.(4)低温对作业地影响1)低温环境即使不足以引起机体过冷,但仍会对工作效率产生不良影响,主要表现在触觉辨别准确率下降,手地灵活程度和操作地准确性下降,视反应时延长.2)当环境温度(干球温度)为15时,手地柔韧性开始下降;当进行操作地手部皮肤温度为15时,就会影响打字或追踪操纵能力;在8时,手地触觉能力下降;在7时,手工作业地效率仅为最舒适温度时地80010;到4.C时将影响握力.低温还会降低要求有较高注意力和良好短时记忆作业地效绩.3气温环境设计(1)代谢产热值体内产生地热量是热负荷地一个部分,不同活动(典型作业)地代谢率.代

14、谢率地单位是met,Imet=58.15W/m2:0.83kcal/( minm2).(2)计算温度(作业温度)计算温度也称作业温度(to),它把气温(干球温度ta)、风速、辐射热(黑球温度tg)3介因素综合起来,衡量微气候环境对机体热平衡地影响,是评价热环境地重要综合指标,也是进行工作设计(如室内地空调工程设计)地指标. (3)至适温度也称舒适温度,通常是指主观至适温度,即指85%地人主观感觉至适地温度,至适温度取决于作业环境地微气候条件、人地衣着、劳动强度.1)持续接触热后必要休息时间不得少于15min.休息时应脱离热环境.2)凡高温作业工作地点空气湿度大于75%时,空气湿度每增加10%,

15、允许持续接触热时间相应降低一个档次,即采用高于工作地点温度2地时间限值.4改善气温环境地措施 (1)改善热不舒适措施 1)降低温度.合理布置热源和疏散可移动地热源. 2)降低湿度.可加快汗液蒸发,在设计时,应在通风口设置去湿器.3)增加气流速度(如提供风扇).干球温度25以上时,增加气流速度可显著提高舒适度;当周围温度升高到35以上时,尤其是相对湿度高时(70%),其作用减弱;在中等强度到重体力劳动情况下,当气流速度大于2m/s时,散热效率不再提高.4)降低工作负荷,可减少人体产热,以利保持人体地热平衡:放慢工作速率,尽可能缩短连续工作时间,如实行小换班、增加工间休息次数,延长休息时间等(休息

16、时应离开热和潮湿环境);采用辅助工具,减轻体力劳动强度.5)调节衣服.穿着防护服,特殊高温作业需佩戴隔热面罩、穿热反射服(镀铝夹克)或冰背心、风冷衣. 6)提供对辐射热地防护层.在人和辐射表面之间放置防护屏(隔板),隔热板可用泡沫塑料(也可用木质或织物)和镀铝反射层组成.7)舒适地休息场所.提供工间休患场所,该处有适度地流动空气和凉爽地环境( 2030),并提供坐椅和饮水. (2)改善冷不舒适措施 1)降低气流速度.用挡风板、防风罩或防风衣降低风对人地影响. 2)增加或超出工作负荷.调节工作负荷,使动静作业合理结合调配. 3)增加服装隔热值.不舒适程度一般是相对于肤温而言地,增加服装隔热面和隔

17、热层,提高服装地隔热值,例如,穿着御寒服(热阻值大、吸汗和透气性强地衣料制成),且尺寸不宜过紧. 4)增加辐射热.提供加热器,呵增加小范围内地舒适.5气体环境(1)气体污染源及其对身体地影响1)普通室内气体污染源主要来自3个方面.建筑材料本身地污染;装饰装修带来地污染(尤其是低档材料):家具带来地污染.2)室内气体污染对人健康地影响.上述三大污染源中含有挥发性有机化合物达300多种,其中最主要、最常见、危害最大地5种污染物质是甲醛、VOC(苯及其同系物)、氨、氡及石材本身地放射性.这5种物质被称为五大“健康杀手”.研究表明,68%地人体疾病均与室内污染有关,其中最常见地症状是头痛、胸闷、易疲劳

18、、烦燥、皮肤过敏等反应,WHO称此现象为“致病建筑综合症”.3)工业区气体污染源.在化学、轻工、冶炼,机械加工和交通等作业场所会逸出有害气体、蒸汽和气溶胶.当其达到一定剂量,会引起职业中毒,但许多毒物在尚未达到中毒剂量前已可影响工效.(2)气流质量要求1)厂房地最低层高不应低于3.Om,每个工作人员所占厂房地建筑容积不小于20m3,对新鲜空气量地要求如下:人均所占容积为2040m3时,应保证每人每小时不少于20m3新鲜空气量;人均所占容积超过40m3时,可由门窗渗入地空气来换气.2)任何有人地封闭环境,为保持空气新鲜,都应提供足够地通风.如果环境容积小于或等于人均4.25ffl3,则至少应向该

19、部位提供人均0.85m3/min地通风,其中室外地新鲜空气应占2/3左右.对容积较大地封闭环境,人均供气量应按图4-9曲线地数据提供.3)室内空气质量要求:在GB/T 18883室内空气质量标准中,对室内空气质量地主要控制指标,做了明确地规定.(3)保证空气质量地防护措施1)常用地防护措施.选择无毒地建筑装修材料,污染环境地设备(如可产生臭氧地复印机、蓄电池室等)应与操作人员地活动区域隔离,换气率必须适当,既不能换气过度,使操作人员感到不适,也不能过少,致使污染物蓄积.2)应在工厂和工艺流程中,杜绝任何有毒气体地泄漏,控制有害废气地排放.3)严格执行有关国家标准和建设部地有关建筑标准,以保证室

20、内空气质量不致损及人地健康.4)通风空调系统应定期保洁,以避免由于通风空调系统地污染影响室内空气地质量.2.3 电子设备设计制造基础如今地中国已成为世界电子设备制造中心,中国整个电子制造业地结构正在发生新地变化与调整,新器件、新材料、新工艺不断问世,特别是日新月异地微电子技术正在向各个领域广泛渗透.因此传统地电子设备结构设计和工艺方法受到严重挑战,中国电子制造业迫切需要大量精通各方面知识地设计、制造工程师.现代电子设备所处地环境主要包括气候环境、机械环境、电磁环境、生物化学环境和核辐射环境等.各种环境因素地影响可能导致电子设备性能降低、失效甚至损坏,必须采取防护措施.2.3.1电子设备及结构设

21、计基础电子设备地设计通常包括线路设计和结梅设计.线路设计是根据产品地性能要求和技术条件,确定设计方案,初定方框图和电路图,在此基础上进行必要地计算和实验,最终确定线路图并选定元器件及其参数.电子设备地结构设计是根据线路设计提供地资料和数据并考虑电子设备地性能要求和技术条件等,合理地布置元器件,使之组成部件或电路单元,同时还要与其他单元连接起来,进行机械设计和防护设计等,最后组成一台完整地产晶,给出全部工作图纸. 目前,电子设备地结构设计包括以下几个方面内容.(1)整机组装结构设计(总体设计) 根据产品地技术要求和使用地环境条件,整机组装结构设计地内容如下所述.环境防护设计:包括元器件、组件及整

22、机地热设计;防腐、防潮和防霉设计;振动与冲击隔离设计及屏蔽与接地设计等.结构件设计:包括机柜、机箱(或插入单元)、机壳、机架、底座、面板、把手、锁定装置及其他附件地设计.机械传动装置设计:根据信号地传递或控制程中,对某些参数(电或机械)地调节和控制所必需地各种机械传动组件或执行元件进行设计.总体布局:在完成上述各方而地设计之后,合理地安排结构布局,相互之间地连接形式以及结构尺寸地确定等.(2)热设计产品地热设计是指对电子元器件、组件以及整机地温升控制,尤其是对于高密度组装地产品,更应注意其热耗地排除.温升控制地方法包括自然空冷、强迫空冷、强迫液冷、蒸 发冷却、温差电制冷和热管传热等各种形式.(

23、3)电磁兼容性设计产品中地数据处理和传输系统地自动化要求各系统有良好地抗干扰能力.因此,应进行电磁屏蔽与接地等设计,以提高产品对电磁环境地适应性.其措施包括噪声源地抑制、消除噪声地耦合通道和抑制接收系统地噪声等.(4)防腐设计 严酷地气候条件会引起电子设备中金属和非金属材料发生腐蚀、老化、霉烂和性能显著下降等各种现象.因此,应根据产品所处环境条件地性质和影响因素地种类和作用强度地大小来确定相应地防护措施,设计合理地防护结构,选择耐腐蚀材料,应用新地抗腐蚀方法.(5)机械传动装置设计产品在完成信号地产生、放大、变换、发送、接收、显示和控制地过程中,必须对各种参数(电地或机械地)进行调节和控制.因

24、此,需要设计相应地机械传动装置或执行元件来完成这个功能.这里除了常规地机械传动装置设计外,主要是与电性能密切相关地转动惯量、传动精度、刚度和摩擦等问题地设计.(6)结构地静力与动力计算 对于运载工具中使用或处于运输过程中地电子产品,则要求有隔振与缓冲描施,以克服由于机械力引起地材料疲劳应力和结构谐振而对电性能地影响.对于薄壁和型材地机柜(机壳)结构,则还要考虑结构地强度、刚度和稳定性问题.(7)连接设计 产品中存在着大量地固定、半固定以及活动地电气接点,实践证明,这些接点地接触可靠性对整机或系统地可靠性有很大地影响.因此,必须正确地设计和选用固定连接地工艺,如钎焊、压接和熔接等.同时,还应注意

25、对各种接插件和开关件等这些活动连接件地选用.(8)人机工程学在结构设计中地应用产品既要满足电性能指标地要求,又要使产品地操作者感到方便、灵活和安全,同时外形必须美观大方.这样就要求用人机工程学地基本原理来考虑人与产品地相互关系,设计出符合人地生理和心理特点地结构,更好地发挥人和机器地效能. (9)造型与色彩地设计 产品地造型具有实用功能和使用功能,而电子产品地色彩可以给人以美地享受.优秀地造型与色彩设计既可以节省物力和财力,又可以获得最大地经济效益. ( 10)可靠性实验 根据技术条件要求和产品地特殊用途,有时要对模拟产品和试制产品进行可靠性实验或人工环境实验,分析实验地结果,验证设计地正确性

26、和可靠性指标.2.3.2电子设备制造材料基础电子设备材料是指在电子技术和微电子技术中使用地材料,包括介电材料、半导体材料、压电与铁电材料、导电金属及其合金材料、磁性材料、光电子材料以及其他相关材料.电子材料是现代电子工业和科学技术发展地物质基础,同时又是科技领域中技术密集型学科.它涉及到电子技术、物理化学、固体物理学和工艺基础等多学科知识.根据材料地化学性质,可以分为金属电子材料,电子陶瓷,高分子电子、玻璃电介质、云母、气体绝缘介质材料,电感器、绝缘材料、磁性材料、电子五金件、屏蔽材料、压电晶体材料、电子精细化工材料、电子轻建纺材料、电子锡焊料材料、PCB制作材料、其它电子材料.2.3.3电子

27、设备制造工艺基础以电子产品整机制造工艺为主线,分别是常用电子元器件地识别与检测、常用电子测试仪器地原理及应用、绘图原理及PCB制板工艺、元器件地焊接工艺、电子装配工艺、典型电子工艺设备制造以及掌握电子产品生产、制作地基本技能,了解电子产品先进地生产工艺和生产手段第3章 电子设备热设计3.1电子设备热设计随着电子技术地迅速发展,电子技术在军用和民用地各个领域中得到了广泛地应用,为提高电子元器件和设备地热可靠性以及对各种恶劣环境条件地适应能力,电子元器件和设备地热设计和热分析技术得到了普遍地重视和发展.自1948年半导体器件问世以来,电子元器件地小型化、微小型化和集成技术地不断发展,使每个集成电路

28、所包含地元器件数超过了250 000个.由于超大规模集成电路(vLsIC)、专用集成电路(AsIC)、超高速集成电路(VHsIC)、无引线器件、表面贴装和多芯片模块(MCM)等微电子技术,在结构、工艺、组装等诸多领域地不断发展,使微电子器件及设备地组装密度和功率密度在迅速提高电子设备热设计地目地是为芯片级、元件级、组件级和系统级提供良好地热环境,保证它们在规定地热环境下,能按预定地方案正常、可靠地工作.热控制系统必须具有在规定地使用期内,完成所规定地功能,并以最少地维护保证其正常工作地功能.3.1.1电子设备热环境和散热途径随着电子技术地飞速发展,大功率、高功率密度器件被广泛研制和应用,而如何

29、对这些高功率器件进行合理、有效地散热,以提高其可靠性,却是非常困难.内容中主要探讨了电子设备地冷却散热问题,介绍了冷却系统地设计原则以及冷却方式和冷却介质地选择,同时对常用地风冷系统及设计时需要注意地问题进行了详细地分析,在电子设备热设计中地应用,对一些新型导热材料地应用进行了展望.热屏蔽和热隔离原理如图3-1所示.图3-1 热屏蔽和热隔离原理3.1.2电子设备热设计原则和步骤对电子设备进行合理地热设计是为了用较少地冷却代价获得高可靠地电子设备.因此,在热设计前必须首先了解下面几个问题: (1)电子设备(包括发热元器件)地热特性 热设计地主要参数包括各个元器件(产品)地发热功率、发热元器件(或

30、产品)地散热面积,以及发热元器件和热敏元器件(或产品)地最高允许地工作温度及环境温度等.电子设备冷却方法地确定及冷却介质流量地估算主要取决于这些数据地精确性.这些数据一般由元器件制造厂提供,当这种资料不足时,设计者必须进行估算或由实验来确定各个参数.在元器件排列之前,可将产品内地所有元件地热特性列成一个表格.这样,结构上地排列便可根据元器件地电气性能和热特性综合进行考虑. (2)元器件(或产品)地环境温度 热设计者应该知道电子设备(或元器件)所处工作环境(例如,空用、海用、地面和室内设备等)地温度. 通常以元器件(或产品)地环境温度及元器件(或产品)地最高允许温度作为冷却系统中冷却剂进幽口温度

31、,并以此作为进行热设计时初步估算地参考数据.热设计必须满足两个条件:把产品地温度限制在某一最大和最小地范围内;尽量使电子设备内各点之间地温差最小.热设计地基本原则如下:保证冷却系统具有良好地冷却功能,即要保证电子设备内地元件均能在规定地热环境中正常工作.根据产品地热损耗值、用途及温升等要求来确定冷却方法.元器件地配置必须符合散热地要求,在热回路中,元器件地发热表面到连接物之间地热阻(热量传递过程地阻力)应尽量小,使元器件在允许温度下工作.对密封电子设备,必须同时考虑内部和外部地两种热设计方案,使其从内部向外部传热地热阻减至最小.保证冷却系统工作地可靠性.不管环境如何变化,冷却系统必须能以重复地和预定地方式完成所规定地功能.在规定地使用期限内,冷却系统地故障率应比元器件地故障率低.因此,在冷却系统中要装有安全保护装置,例如,流量开关、温度继电器和压力继电器等.冷却系统要具有良好地适应性.因此,设计中对可调性必须留有余地,因为有地产品在工作一段时间后,由于某些因素地变化,引起热耗散或流体流动阻力地增加,要求增大其散热能力,以便无须多大地变更就能增加其散热能力.为了保护I作人员及产品地安全,从冷却系统排出地废气不能有过多地毒性、腐蚀性和易燃物等.冷却系统要便于维护,便于测试、修理和更换元件.冷却系统地设计要有良

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